TWI439910B - 電容式觸控面板及其座標偵測方法 - Google Patents

電容式觸控面板及其座標偵測方法 Download PDF

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Description

電容式觸控面板及其座標偵測方法
本發明係關於一種電容式多點觸控面板(capacitive multi-touch panel)及其座標偵測方法(coordinate detecting method)。並且特別地，根據本發明之電容式觸控面板具有簡化電路、反應快速以及泛用於各種尺寸之面板，等優點。
由於觸控式螢幕(touch screen)能讓操作者直覺地透過接觸方式進行相對顯示器之座標輸入的優點，觸控式螢幕已成為現今顯示器常見配置的輸入裝置。觸控式螢幕已廣泛地應用於各類具有顯示器之電子產品中，例如，監視器、筆記型電腦、平板電腦、自動櫃員機、銷售點終端機、遊客導覽系統、工業控制系統，等。讓觸控式螢幕達成觸控輸入的觸控面板，依照結構和感測形式的不同，大致上可區分為電阻式觸控面板、電容式觸控面板、音波式觸控面板、光學式觸控面板，等。此外，觸控面板也從以往僅能偵測單點觸壓點座標，演進成能偵測多點觸壓點座標。
請參閱圖一，一傳統的電容式觸控面板1之架構係繪示於圖一中。
如圖一所示，該電容式觸控面板1包含一介電基板(dielectric base)10、N條第一電極(X1~Xn)、M條第二電極(Y1~Ym)、一觸壓偵測電路(touch detecting circuit)16以及一控制/處理裝置(controlling/processing device)18，其中N為大於1的整數，M為大於1的整數。
該N條第一電極(X1~Xn)係形成在該介電基板10之一第一表面12上，並且沿一第一方向延伸。該M條第二電極(Y1~Ym)係形成在該介電基板10之一第二表面14上，並且沿一第二方向延伸。該第二表面為該第一表面之相反面，並且該第二方向與該第一方向並非平行。例如，如圖一所示，沿一第二方向延伸之M條第二電極(Y1~Ym)係與該N條第一電極(X1~Xn)相互垂直。
同樣示於圖一，該觸壓偵測裝置16係分別電連接至每一條第一電極(X1~Xn)之一端點以及每一條第二電極(Y1~Ym)之一端點。該觸壓偵測裝置16並且電連接至該控制/處理裝置18。該觸壓偵測裝置16係由該控制/處理裝置18控制，掃描該等第一電極(X1~Xn)以及該等第二電極(Y1~Ym)，進而判斷觸壓點座標。
顯見地，該傳統的電容式觸控面板1之座標偵測是依靠序列式訊號處理，因此偵測”觸壓”的反應不夠快速。該傳統的電容式觸控面板1也會產生假性觸壓點(ghost point)，須耗費運算資源排除假性觸壓點，才能得到真實觸壓點。該傳統的電容式觸控面板1的尺寸受限於控制/處理裝置18所提供的掃描接腳數量，而掃描接腳數量又受限於控制/處理裝置18本身的處理能力。此外，基於電容式觸控面板架構，該傳統的電容式觸控面板1其電極須充電，會有相對電極尾端位置偵測不到的問題。
上述針對傳統的電容式觸控面板所列的問題，隨著電容式觸控面板的尺寸越大，就越難克服。
因此，本發明之一主要目的在於提供一種電容式觸控面板及其座標偵測方法，並且特別地，根據本發明之電容式觸控面板具有簡化電路、反應快速以及泛用於各種尺寸之面板，等優點。
根據本發明之一較佳具體實施例之電容式觸控面板，其包含一介電基板、N條第一電極、M條第二電極以及一控制/處理裝置，其中N為一大於1的整數，M為一大於1的整數。該N條第一電極係形成在該介電基板之一第一表面上並且沿一第一方向延伸。該M條第二電極係形成在該介電基板之一第二表面上並且沿一第二方向延伸，該第二表面為該第一表面之相反面，該第二方向與該第一方向並非平行。該控制/處理裝置係分別電連接至每一條第一電極之一端點以及每一條第二電極之一端點。該控制/處理裝置同時輸出一第一頻率訊號至每一條第一電極，並且同時輸入一第二頻率訊號至每一條第二電極。該控制/處理裝置並且監測每一條第一電極輸出之一個別的第三頻率訊號以及每一條第二電極輸出之一個別的第四頻率訊號。該控制/處理裝置並且根據監測到之該等第三頻率訊號以及該等第四頻率訊號判斷至少一觸壓點座標。
於一具體實施例中，該控制/處理裝置監測關於每一個第三頻率訊號之一個別的第一放電週期以及關於每一個第四頻率訊號之一個別的第二放電週期。該控制/處理裝置並且根據監測到之該等第一放電週期以及該等第二放電週期判斷該至少一觸壓點座標。
於一具體實施例中，該控制/處理裝置包含一複雜可程式邏輯裝置(complex programmable logic device,CPLD)。
於一具體實施例中，該介電基板係由一玻璃、一壓克力或其他商用透明介電材料所製成。
根據本發明之一較佳具體實施例之座標偵測方法，其用於一電容式觸控面板。該電容式觸控面板包含一介電基板、N條第一電極以及M條第二電極。該N條第一電極係形成在該基板之一第一表面上，並且沿一第一方向延伸，其中N為一大於1的整數。該M條第二電極係形成在該基板之一第二表面上，並且沿一第二方向延伸，其中M為一大於1的整數。該第二表面為該第一表面之相反面，該第二方向與該第一方向並非平行。根據本發明之座標偵測方法首先係同時輸入一第一頻率訊號至每一條第一電極，並且同時輸入一第二頻率訊號至每一條第二電極。接著，根據本發明之座標偵測方法係監測每一條第一電極輸出之一個別的第三頻率訊號以及每一條第二電極輸出之一個別的第四頻率訊號。最後，根據本發明之座標偵測方法係根據監測到之該等第三頻率訊號以及該等第四頻率訊號，判斷至少一觸壓點座標。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
本發明係提供一種用於一電容式觸控面板及其座標偵測方法。特別地，根據本發明之電容式觸控面板具有簡化電路、反應快速以及泛用於各種尺寸之面板，等優點。以下藉由對本發明之較佳具體實施例的詳細說明，藉以充分解說關於本發明的特徵、精神、優點以及實施上的可行性。
請參閱圖二，圖二係根據本發明之一較佳具體實施例之電容式觸控面板2之架構示意圖。
如圖二所示，根據本發明之電容式觸控面板2包含一介電基板20、N條第一電極(X1~Xn)、M條第二電極(Y1~Ym)以及一控制/處理裝置26，其中N為大於1的整數，M為大於1的整數。
該N條第一電極(X1~Xn)係形成在該介電基板20之一第一表面22上，並且沿一第一方向延伸。該M條第二電極(Y1~Ym)係形成在該介電基板20之一第二表面24上，並且沿一第二方向延伸。該第二表面為該第一表面之相反面，並且該第二方向與該第一方向並非平行。例如，如圖二所示，沿一第二方向延伸之M條第二電極(Y1~Ym)係與該N條第一電極(X1~Xn)相互垂直。
同樣示於圖二，該控制/處理裝置26係分別電連接至每一條第一電極(X1~Xn)之一端點以及每一條第二電極(Y1~Ym)之一端點。該等第一電極(X1~Xn)之另一端點以及該等第二電極(Y1~Ym)之另一端點皆為開路狀態(open circuit state)。
與先前技術不同，該控制/處理裝置26同時輸出一第一頻率訊號至每一條第一電極(X1~Xn)，並且同時輸入一第二頻率訊號至每一條第二電極(Y1~Ym)。該控制/處理裝置26並且監測每一條第一電極(X1~Xn)輸出之一個別的第三頻率訊號以及每一條第二電極(Y1~Ym)輸出之一個別的第四頻率訊號。該控制/處理裝置26並且根據監測到之該等第三頻率訊號以及該等第四頻率訊號，判斷至少一觸壓點座標。
於一具體實施例中，該控制/處理裝置26監測關於每一個第三頻率訊號之一個別的第一放電週期以及關於每一個第四頻率訊號之一個別的第二放電週期。該控制/處理裝置26並且根據監測到之該等第一放電週期以及該等第二放電週期判斷該至少一觸壓點座標。
請參閱圖三A及圖三B，圖三A及圖三B是運用根據本發明之電容式觸控面板2所監測到電極輸出之頻率訊號。圖三A是未有手指碰觸該電容式觸控面板2情況下，該控制/處理裝置26監測到電極輸出之頻率訊號。圖三B是單指碰觸該電容式觸控面板2情況下，該控制/處理裝置26監測到電極輸出之頻率訊號。顯見地，圖三B中頻率訊號的放電週期較圖三A中頻率訊號的放電週期大得多。實際案例中，在雙指及多指碰觸該電容式觸控面板2所監測到電極輸出之頻率訊號的放電週期，雖比單指碰觸情況下之頻率訊號的放電週期小，卻也比未碰觸情況下之頻率訊號的放電週期大，且大到足以分辨的程度。
利用上述未碰觸、單指碰觸及多指碰觸該電容式觸控面板2所監測到電極輸出之頻率訊號的放電週期之變化的特性，於實際應用中，該控制/處理裝置26藉由判斷該等第一放電週期以及該等第二放電週期是否高過一門檻值來判斷該至少一觸壓點座標。也就是說，該控制/處理裝置26同步判斷該等第一放電週期以及該等第二放電週期中高過門檻值者，決定其對應的第一電極及第二電極，即可判斷出至少一觸壓點座標的Y座標與X座標。藉此，根據本發明之控制/處理裝置26可以實現多點觸控的功能。
由上述的發明詳細說明也可以清楚了解，根據本發明之電容式觸控面板2免除了傳統電容式觸控面板的觸壓偵測電路，也就是省略先前技術所需的外掛電阻、電容，電路更簡潔，抗雜訊能力更佳，並且可以泛用於各種尺寸之面板。此外，根據本發明之電容式觸控面板2對該等第一電極(X1~Xn)以及該等第二電極(Y1~Ym)同時充電，使得電容效應達到加倍效果，更容易偵測，並且解決大尺寸觸面板相對電極尾端位置偵測不到的問題。
此外，根據本發明之電容式觸控面板2之座標偵測是運用平行式訊號處理，因此偵測”觸壓”的反應快速。
於一具體實施例中，該控制/處理裝置26包含一複雜可程式邏輯裝置(CPLD)。CPLD為市面上常見的平行處理器。須強調的是，先前技術之電容式觸控面板之座標偵測是依靠序列式訊號處理，會產生假性觸壓點，須耗費運算資源排除假性觸壓點，才能得到真實觸壓點。實際上，操作者施加在觸控面板上的多個觸壓點仍是一個觸壓點接著一個觸壓點施加上去。根據本發明之電容式觸控面板2之座標偵測是運用平行式訊號處理，利用高頻的頻率訊號，能夠即時偵測到一個觸壓點接著一個觸壓點施加所造成的多個觸壓點。根據本發明之電容式觸控面板2其觸壓點的判定時間可小於100μS，可同時判斷10點以上觸壓點知座標，並且具有追蹤觸壓點軌跡的能力。因此，與先前技術之電容式觸控面板不同處，根據本發明之電容式觸控面板2的座標偵測不會產生假性觸壓點，更加提升”觸壓”的偵測反應速度。
於一具體實施例中，該介電基板20係由一玻璃、一壓克力或其他商用透明介電材料所製成。
請參閱圖四，圖四係繪示根據本發明之一較佳具體實施例之座標偵測方法4之流程圖。根據本發明之座標偵測方法4係用於一電容式觸控面板，例如，圖二所示之電容式觸控面板2。該電容式觸控面板包含一介電基板、N條第一電極以及M條第二電極。該N條第一電極係形成在該基板之一第一表面上，並且沿一第一方向延伸，其中N為一大於1的整數。該M條第二電極係形成在該基板之一第二表面上，並且沿一第二方向延伸，其中M為一大於1的整數。該第二表面為該第一表面之相反面，該第二方向與該第一方向並非平行。
如圖四所示，根據本發明之座標偵測方法4首先執行步驟S40，同時輸入一第一頻率訊號至每一條第一電極，並且同時輸入一第二頻率訊號至每一條第二電極。
接著，根據本發明之座標偵測方法4執行步驟S42，監測每一條第一電極輸出之一個別的第三頻率訊號以及每一條第二電極輸出之一個別的第四頻率訊號。
最後，根據本發明之座標偵測方法4執行步驟S44，根據監測到之該等第三頻率訊號以及該等第四頻率訊號，判斷至少一觸壓點座標。
於一具體實施例中，步驟S42係監測關於每一個第三頻率訊號之一個別的第一放電週期以及關於每一個第四頻率訊號之一個別的第二放電週期。於實際應用中，步驟S44係藉由判斷該等第一放電週期以及該等第二放電週期是否高過一門檻值來判斷該至少一觸壓點座標。也就是說，步驟S44係同步判斷該等第一放電週期以及該等第二放電週期中高過門檻值者，決定其對應的第一電極及第二電極，即可判斷出至少一觸壓點座標的Y座標與X座標。
於一具體實施例中，步驟S40至步驟S44皆藉由一包含一複雜可程式邏輯裝置(CPLD)之控制/處理裝置執行。關於該等第一電極、該等第二電極與該控制/處理裝置之間訊號線的連接，請參考圖二，在此不再贅述。
藉由以上本發明之較佳具體實施例的詳細說明，能清楚了解本發明所提供電容式觸控面板及其座標偵測方法具有簡化電路、反應快速、泛用於各種尺寸之面板，等優點。根據本發明之電容式觸控面板及其座標偵測方法可以實現多點觸控的功能，並且具有追蹤觸壓點軌跡的能力。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
1、2‧‧‧電容式觸控面板
10、20‧‧‧介電基板
12、22‧‧‧上表面
14、24‧‧‧下表面
X1~Xn‧‧‧第一電極
Y1~Ym‧‧‧第二電極
16‧‧‧觸壓偵測裝置
18、26‧‧‧控制/處理裝置
4‧‧‧座標偵測方法
S40~S44‧‧‧流程步驟
圖一係一傳統的電容式觸控面板之架構示意圖。
圖二係根據本發明之一較佳具體實施例之電容式觸控面板之架構示意圖。
圖三A為運用根據本發明之電容式觸控面板，在未有手指碰觸該電容式觸控面板情況下所監測到電極輸出之頻率訊號。
圖三B為運用根據本發明之電容式觸控面板，在單指碰觸該電容式觸控面板情況下所監測到電極輸出之頻率訊號。
圖四為根據本發明之一較佳具體實施例之座標偵測方法4的流程圖。
2．．．電容式觸控面板
20．．．介電基板
22．．．上表面
24．．．下表面
X1~Xn．．．第一電極
Y1~Ym．．．第二電極
26．．．控制/處理裝置

Claims (7)

  1. 一種電容式觸控面板(capacitive touch panel)，包含：一介電基板；N條第一電極，該N條第一電極係形成在該介電基板之一第一表面上並且沿一第一方向延伸，其中N為一大於1的整數；M條第二電極，該M條第二電極係形成在該介電基板之一第二表面上並且沿一第二方向延伸，該第二表面為該第一表面之相反面，該第二方向與該第一方向並非平行，其中M為一大於1的整數；以及一控制/處理裝置(controlling/processing device)，該控制/處理裝置係分別電連接至每一條第一電極之一端點以及每一條第二電極之一端點，該控制/處理裝置同時輸出一第一頻率訊號至每一條第一電極並且同時輸入一第二頻率訊號至每一條第二電極，該控制/處理裝置並且監測每一條第一電極輸出之一個別的第三頻率訊號以及每一條第二電極輸出之一個別的第四頻率訊號，且監測關於每一個第三頻率訊號之一個別的第一放電週期以及關於每一個第四頻率訊號之一個別的第二放電週期，該控制/處理裝置並且根據監測到之該等第一放電週期以及該等第二放電週期判斷至少一觸壓點座標(touch coordinate)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中該控制/處理裝置藉由判斷該等第一放電週期以及該等第二放電週期是否高過一門檻值來判斷該至少一觸壓點座標。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中該控制/處理裝置包含一複雜可程式邏輯裝置(complex programmable logic device,CPLD)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控面板，其中該介電基板係由一玻璃或一壓克力所製成。
  5. 一種座標偵測方法(coordinate detecting method)，該座標偵測方法用於一電容式觸控面板(capacitive touch panel)，該電容式觸控面板包含一介電基板、N條第一電極以及M條第二電極，該N條第一電極係形成在該基板之一第一表面上並且沿一第一方向延伸，N為一大於1的整數，該M條第二電極係形成在該基板之一第二表面上並且沿一第二方向延伸，該第二表面為該第一表面之相反面，該第二方向與該第一方向並非平行，M為一大於1的整數，該座標偵測方法包含下列步驟：(a)同時輸入一第一頻率訊號至每一條第一電極，並且同時輸入一第二頻率訊號至每一條第二電極；(b)監測每一條第一電極輸出之一個別的第三頻率訊號以及每一條第二電極輸出之一個別的第四頻率訊號，且監測關於每一個第三頻率訊號之一個別的第一放電週期以及關於每一個第四頻率訊號之一個別的第二放電週期；以及(c)根據監測到之該等第一放電週期以及該等第二放電週期，判斷至少一觸壓點座標(touch coordinate)。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之座標偵測方法，其中步驟(c)係藉由判斷該等第一放電週期以及該等第二放電週期是否高過一門檻值來判斷該至少一觸壓點座標。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之座標偵測方法，其中步驟(a)至步驟(c)皆藉由一包含一複雜可程式邏輯裝置(complex programmable logic device,CPLD)之控制/處理裝置執行。
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